動力科技如何用1+1推動未來快進？

2016-11-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1+1的助力

在天空之上將音速甩在身后

隱身戰(zhàn)斗機殲20在珠海航展上驚鴻一瞥,隱身、超音速巡航和機動性都是第四代戰(zhàn)斗機的特質(zhì),要達到這些性能,離不開一個強大的心臟。

從滑行騰空到突破音速,戰(zhàn)斗機如何調(diào)整速度?在航空渦扇發(fā)動機中,通常通過控制2個燃燒室內(nèi)的噴油量來調(diào)節(jié)推力?？諝饨?jīng)過風扇分成兩路,內(nèi)側(cè)氣流被壓氣機送入燃燒室,燃燒產(chǎn)生氣流從尾噴口高速排出,產(chǎn)生推力。

不加力工況較為經(jīng)濟,飛機可長距離續(xù)航

前方接敵需要急加速?那就得依靠外側(cè)通道沒燃燒的空氣了。在燃燒室后部的加力燃燒室內(nèi)設置了一組噴油嘴,混合空氣在這里再次燃燒產(chǎn)生強大噴氣,推動飛機迅速突破音障。殲20就是依靠發(fā)動機的兩個燃燒室,1+1實現(xiàn)經(jīng)濟巡航和最大推力加速的不同工況需求。

燃燒室后的加力燃燒室二次燃燒提升推力,飛機快速加速

地面的迅捷離不開齒輪和電機

飛機油耗巨大,排放問題也較為嚴重。在航空業(yè),新能源飛機也在逐漸發(fā)展,工程師也想給飛機用上油電混合動力,降低油耗。然而航空業(yè)的進度被汽車遠遠拋離。我們熟悉的汽車上,汽油和電力的混合動力系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應用。

混合動力飛機?還停留在概念階段

除了更經(jīng)濟的油耗和排放,混合動力這種1+1的工作模式也已經(jīng)讓頂級跑車獲得了令人咋舌的性能,在賽道上也幫助賽車更快提速,獲得更快的圈速。除了油與電碰撞出的火花,如果混合動力車輛再配備兩臺變速箱,復雜的機械與精密的電子組合會產(chǎn)生怎樣的效果?

混合動力還不夠,再把變速箱拖出來混合一下!

已經(jīng)是1+1的混合動力如何再來1+1?看起來天馬行空的想法現(xiàn)在被雷克薩斯變成了現(xiàn)實。其實雷克薩斯LC500h的多級混合動力系統(tǒng)(Multi Stage Hybrid System)中蘊藏了三個“1+1”:

3.5LV6發(fā)動機+電力單元是混合動力的基礎;

1+1兩臺電動機結(jié)合行星齒輪,讓調(diào)速和驅(qū)動更加自由;

變速機構(gòu)是E-CVT+4AT的組合。

E-CVT與4AT變速箱組合,一共可以模擬10個檔位

都2016年了,豪華混動跑車還需要4AT是什么鬼?當然沒那么簡單,這套系統(tǒng)通過E-CVT和4AT的傳動比排列組合,以3×3+1的形式,實現(xiàn)了10個檔位的設置。這里面3×3指的是什么,最后的1又是什么?10速又能給我們帶來怎樣的變化?

1. 有無限可能的E-CVT提供了三個最優(yōu)解

區(qū)別于一般的CVT無級變速器,雷克薩斯多級混合動力系統(tǒng)中采用的E-CVT通過一個行星齒輪就可完成車輛的平順調(diào)速,讓兩種動力在毫無察覺的情況下自由切換。行星齒輪由太陽輪、行星輪和外層齒圈組成。

E-CVT如何調(diào)速?電動機和行星齒輪一起打配合

在這套混合動力系統(tǒng)中,3.5L V6發(fā)動機與中間的行星齒輪座相連,調(diào)速電機(1號電機)與太陽輪相連,驅(qū)動電機(2號電機)則連接外層齒圈。由于還沒有LC500h的技術(shù)講解圖,所以用下面的簡易原理圖作為示例。

E-CVT原理圖,各部分如何在行星齒輪上連接,看顏色就知道了!

鎖定行星齒輪中任意一種齒輪,其余兩種齒輪會按照不同的傳動比進行轉(zhuǎn)動,通過調(diào)速電機的轉(zhuǎn)速調(diào)整,可以匹配不同速度下的發(fā)動機和電動機輸出功率。由于調(diào)速電機的轉(zhuǎn)速可以無限變化,就相當于一個電子無級變速器。在雷克薩斯LC500h上,通過程序設定,可以固定3個最優(yōu)化的傳動比,這也就是3×3中的第一個3。

2. 4AT的加入,如何為車輛“加力”?

盡管E-CVT可以無級變速、平順高效,但是調(diào)速范圍有限,而4AT的加入巧妙地解決了這個問題。3×3中另外一個3即是4AT變速箱的前三個檔位,配合這三個檔位放大動力系統(tǒng)輸出的扭矩,可以實現(xiàn)更高范圍的調(diào)速。當我們讓兩個變速器串聯(lián)后,E-CVT的三個檔位與4AT的前三檔傳動比進行組合便可模擬出9個檔位,4AT最后的一檔被設定為超速檔,從而組成這個10檔變速系統(tǒng)。

I have an E-CVT, I have a 4AT, Uhh!

由于4AT的加入,發(fā)動機和電動機均得到了更大的調(diào)速范圍。經(jīng)過4AT的動力輸出,可像《三體》中太陽輻射層“能量鏡面”的增益反射作用,將電波以恒星級超大功率輻射向全宇宙一樣,放大傳遞到車輪,獲得更快的速度。

而此前雷克薩斯就在混動系統(tǒng)的E-CVT后端加入一組行星齒輪變速機構(gòu),只提供2個傳動檔位。選擇大減速比齒輪時,整個動力系統(tǒng)的扭矩輸出會被放大,加速更快;選擇小減速比齒輪時,車輛的最高車速提高,經(jīng)濟時速巡航的油耗也會降低。

之前的GS450h通過高低兩檔擴大了車輛的傳動范圍

在全新的LC500h中,檔位從2個升級到4個,更多的齒比帶來了更寬的調(diào)速范圍。例如1檔的齒比更大,起步時能爆發(fā)更大的扭矩。LC500h可在5.0秒完成0-100km/h加速,相當于從3.5L V6升級成5.0L V8的水平。

車輛起步就像是彈射起飛的戰(zhàn)斗機,只給后車留下一串尾燈的光斑

混合動力一直是高效平順的代名詞,如何營造跑格?自然得在換檔“快”上做文章。10個模擬檔位想怎么快?這套多級混動系統(tǒng)分分鐘教傳統(tǒng)變速箱做人。哦不,是做箱。

雖說有3個模擬檔位,但是E-CVT換檔可不需要齒輪前后運動。撥動方向盤后面換檔撥片,調(diào)速電機即時改變轉(zhuǎn)速就能完成換檔。想瞬間升降幾個檔位的話,有后面4AT變速箱協(xié)同工作,就能事半功倍迅速完成。

除了混合動力車型低油耗和低排放,雷克薩斯多級混合動力系統(tǒng)(Multi Stage Hybrid System)同時實現(xiàn)了強大的動力輸出與快速、平順的換擋反應。

前中置布局與輕量化的改進保證車輛操控

作為一輛大尺寸豪華GT跑車,LC500h在西裝革履之下也得有不羈的野性。輕量化的鋰電池組相比目前的鎳氫電池組重量降低20%,將更多的能量壓縮在更小的空間內(nèi),抵消了4AT增加的重量。通過將電池放置在后軸處,整車保持前中置后驅(qū)的布局,LC500h達到了51:49的平衡配重。這樣保持豪華屬性的同時,也擁有比肩超級跑車的操控體驗,無論巡游山間還是賽道撒野,都駕輕就熟。